无线网络系统的设计与实现

2018-01-25赵星

电子测试 2017年24期

关键词：封包无线网络路由

赵星

（陕西财经职业技术学院，陕西咸阳，712000）

0 引言

无线传感器网络经过快速发展，目前主要通过红外、蓝牙、Wifi以及ZigBee等技术来实现无线通信。ZigBee技术则相对具有低功耗、低成本以及安全可靠等优点，具有巨大的发展前景。

1 灌溉系统整体架构设计

在该整体架构部署中，种植片区内部署的ZigBee无线网络由感测节点、执行节点、路由节点以及网管协调器节点构成。其中，感测节点分为两部分：一部分节点主要负责采集种植区环境信息；另一部分节点负责采集本地电磁环境信息，从而保障感测节点的安全运行。执行节点负责控制电磁阀的开合；路由节点负责提供路由服务；网关协调器节点负责网络构建，并且具备远程交互功能。通过这种网络结构，让各感测器节点采集数据信息，由网关协调器节点上传至主控中心，在服务器内完成数据的分析处理及存储，根据数据的处理结果来进行相应决策，从而制定灌溉计划并发出命令。系统用户可以利用终端设备登录控制平台，对系统状态、工作计划进行操作。

2 系统设计

2.1 硬件选择

本系统设计采用CC2530芯片来搭建控制器模块。CC2530芯片采用8051MCU，具备2.4GHz的视频收发器核心以及IEEE802.15.4/ZigBee协议。作为TI公司的第二代嵌入式ZigBee应用片上系统，CC2530芯片具有高性能、低功耗、小体积等优点，能够满足无线传感网络节点的要求。TI公司的无线解决方案不仅使各制造商专注与高性能、小体积的无线网络产品开发，还免费提供Z-Stack协议软件等软件工具，因此采用CC2530芯片来作为无线通信设备，具有很高的性价比。

2.2 无线网络节点布局

由于灌溉系统的特点，本系统中拥有大量的网络节点，因此必须设计合理的节点部署方案来扩大网络覆盖面积，提高网络通讯质量。目前，通常采用网格型部署方式，其又包括四边形部署方案和蜂窝形部署方案。

图1 四边形和蜂窝形网络设计

综合考虑发现，蜂窝型节点部署方案具有更好的网络连通性。因此本系统选择采用蜂窝型节点部署方案来部署网关协调器节点和路由节点，从而构成无线感测器网络骨干架构。执行器节点也采用蜂窝型节点部署方案，根据其使用的摇臂式旋转喷头的灌概半径而确定相应网格尺寸。种植区农作物生长环境感测节点则采用四边形节点部署方案，在种植区均匀分布，从而更全面地采集信息。

2.3 节点程序设计

图2 节点程序设计

定时唤醒农作物生长环境感测节点和本地电磁环境感测节点，执行感测任务，并在完成感测任务后进入休眠状态；定时唤醒执行节点，查看上级路由节点内有无灌溉指令缓存信息，若有指令则执行。

2.4 网络路由策略选择

Mesh型Zigbee网络支持的网络封包路由策略有三种，分别为完全启用路由探索、禁用路由探索以及按需启用路由探索。路由节点根据封包包头所设置的路由探索域，来确定路由策略。当路由探索域设置为完全启用路由探索时，若路由节点未从路由表中发现封包目标位址信息，则启用路由探索；若无法启用路由探索，则通过树形层级路由算法，将该封包转发。当路由探索域设置为禁用启用路由探索时，路由节点无法从路由表中发现封包目标位址信息，则通过树形层级路由算法转发封包。当路由探索域设置为按需启用路由探索时，通过检视封包类型从而判决出适宜的路由策略：包含设备捆绑请求的封包，会选用完全启用路由探索策略；突发性较强的数据封包，则选用禁用路由探索策略，从而提高传输效率。

本文所提出的Zigbee无线感测系统设计方案中，选择按需启用路由探索作为封包路由策略，可以在一定程度上降低系统能耗。